Los astrónomos han descubierto el agujero negro más cercano a la Tierra en nuestro propio patio trasero

Los astrónomos que utilizan el Observatorio Internacional Gemini han descubierto el agujero negro conocido más cercano a la Tierra. También es la primera detección inequívoca de un agujero negro de masa estelar inactiva en la Vía Láctea. Su cercano planeta Tierra, a solo 1.600 años luz de distancia, es un objetivo interesante de estudio para avanzar en nuestra comprensión de la evolución de los sistemas binarios. Crédito: Observatorio Internacional de Gemelos/NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Motor espacial/M. Zamani

El Telescopio Twin North en Hawái descubre la primera masa estelar inactiva[{» attribute=»»>black hole in our cosmic backyard.

Using the International Gemini Observatory, astronomers have discovered the closest-known black hole to Earth. This is the first unambiguous detection of a dormant stellar-mass black hole in the Milky Way. Located a mere 1600 light-years away, its close proximity to Earth offers an intriguing target of study to advance our understanding of the evolution of binary systems.

Black holes are the most extreme objects in the Universe. It is believed that supermassive versions of these unimaginably dense objects reside at the centers of all large galaxies. Stellar-mass black holes — which weigh approximately five to 100 times the mass of the Sun — are much more common. In fact, there are an estimated 100 million stellar-mass black holes in the Milky Way alone. However, only a handful have been confirmed to date, and nearly all of these are ‘active’. This means that they shine brightly in X-rays as they consume material from a nearby stellar companion, unlike dormant black holes which do not.

Astronomers have now discovered the closest black hole to Earth, which the researchers have dubbed Gaia BH1. To find it, they used the Gemini North telescope in Hawai‘i, one of the twin telescopes of the International Gemini Observatory, operated by NSF’s NOIRLab.

Gaia BH1 is a dormant black hole that is about 10 times more massive than the Sun and is located about 1600 light-years away in the constellation Ophiuchus. This means it is three times closer to Earth than the previous record holder, an X-ray binary in the constellation of Monoceros. The new discovery was made possible by making exquisite observations of the motion of the black hole’s companion, a Sun-like star that orbits the black hole at about the same distance as the Earth orbits the Sun.

Esta animación muestra una estrella similar al Sol que orbita Gaia BH1, el agujero negro más cercano a la Tierra, a 1.600 años luz de distancia. Las observaciones de Gemini North, uno de los telescopios gemelos del Observatorio Internacional Gemini operado por NOIRLab de NSF, fueron fundamentales para restringir el movimiento orbital del sistema binario y, por lo tanto, las masas de los dos componentes, lo que permitió al equipo identificar el cuerpo central como negro. La cavidad es unas 10 veces más grande que nuestro Sol. Crédito: T. Müller (MPIA), PanSTARRS DR1 (KC Chambers et al. 2016), ESA/Gaia/DPAC

«Toma el Sistema Solar, pon un agujero negro donde está el Sol y el Sol donde está la Tierra, y obtienes este sistema», explicó Karim El-Badri, astrofísico del Centro de Astrofísica | de Harvard y el Smithsonian y el Instituto Max Planck de Astronomía y autor principal de un artículo que describe el descubrimiento, publicado el 2 de noviembre Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.

«Aunque ha habido muchos descubrimientos informados de tales sistemas, casi todos los descubrimientos han sido refutados más tarde. Esta es la primera detección inequívoca de una estrella similar al Sol en una amplia órbita alrededor de un agujero negro en el cúmulo estelar de nuestra galaxia».

Si bien es probable que haya millones de agujeros negros de masa estelar orbitando la galaxia de la Vía Láctea, los pocos que se han detectado han sido revelados por su interacción energética con una estrella compañera. A medida que el material de una estrella cercana entra en espiral en un agujero negro, se sobrecalienta y produce potentes rayos X y chorros de material. Si un agujero negro no se está alimentando activamente (es decir, durmiendo), simplemente se mezcla con su entorno.

«Durante los últimos cuatro años, he buscado agujeros negros inactivos utilizando una amplia gama de conjuntos de datos y métodos», dice El-Badri. «Mis experimentos anteriores, así como los de otros, han encontrado un alijo de binarios disfrazados de agujeros negros, pero esta es la primera vez que la búsqueda ha valido la pena».

El equipo inicialmente descubrió que el sistema podría albergar un agujero negro al analizar sus datos. Agencia Espacial Europea nave espacial Gaia. Gaia capturó pequeñas irregularidades en el movimiento de la estrella causadas por la gravedad de un objeto masivo invisible. Para estudiar el sistema con más detalle, El-Badri y su equipo recurrieron al instrumento Gemini Multi-Object Spectrograph a bordo de Gemini North, que midió la velocidad de la estrella compañera mientras orbitaba el agujero negro y proporcionó una medición precisa de su período orbital. . Otras observaciones de los gemelos fueron cruciales para restringir el movimiento orbital del sistema binario y, por lo tanto, las masas de los dos componentes, lo que permitió al equipo identificar el cuerpo central como un agujero negro de aproximadamente 10 veces la masa de nuestro Sol.

«Nuestras observaciones posteriores de los gemelos confirmaron más allá de toda duda razonable que el binario contiene una estrella ordinaria y al menos un agujero negro inactivo», detalló El-Badri. «No pudimos encontrar ningún escenario astrofísico plausible que pudiera explicar la órbita observada del sistema que no incluye al menos un agujero negro».

El equipo confió no solo en las excelentes capacidades de observación de Gemini North, sino también en la capacidad de Gemini para proporcionar datos en plazos ajustados, ya que el equipo solo tenía un período corto para realizar sus observaciones de seguimiento.

“Cuando tuvimos la primera indicación de que el sistema contenía un agujero negro, solo teníamos una semana hasta que los dos objetos estuvieran en la separación más cercana en sus órbitas. En este punto, las mediciones son esenciales para realizar cálculos de masa precisos en el sistema binario”, dijo El-Badri. “La capacidad de Gemini para proporcionar observaciones con poca antelación fue fundamental para el éxito del proyecto. Si nos hubiésemos perdido esa ventana estrecha, habríamos tenido que esperar otro año».

Los modelos actuales de los astrónomos sobre la evolución de los sistemas binarios luchan por explicar cómo pudo haber surgido la configuración única del sistema Gaia BH1. En particular, la estrella progenitora que luego se convirtió en el agujero negro recién descubierto habría sido al menos 20 veces más masiva que nuestro Sol. Esto significa que solo viviría unos pocos millones de años. Si ambas estrellas se formaran al mismo tiempo, esta estrella masiva se convertiría rápidamente en una supergigante, explotando y absorbiendo a la otra estrella antes de que tuviera tiempo de convertirse en una estrella de secuencia principal que quemara hidrógeno como nuestro Sol.

No está del todo claro cómo una estrella de masa solar podría haber sobrevivido a ese episodio para convertirse en una estrella aparentemente normal, según lo observado por las observaciones binarias de agujeros negros. Todos los modelos teóricos que permiten que exista predicen que una estrella de masa solar debería haber terminado en una órbita mucho más estrecha de lo que realmente se observa.

Esto puede indicar que existen lagunas importantes en nuestra comprensión de cómo se forman y evolucionan los agujeros negros en los sistemas binarios, y también sugiere la existencia de una población aún no explorada de agujeros negros inactivos en los sistemas binarios.

«Curiosamente, este sistema no se adapta fácilmente a los modelos estándar de evolución binaria», concluyó El-Badri. «Plantea muchas preguntas sobre cómo se formó este sistema binario y cuántos de estos agujeros negros inactivos existen».

«Como parte de una red de observatorios terrestres y espaciales, Gemini North no solo ha proporcionado pruebas sólidas del agujero negro más cercano hasta la fecha, sino también el primer sistema de agujeros negros prístino libre del gas caliente habitual que interactúa con el negro. agujero. dijo el gerente del programa NSF Gemini, Martin Steele. «Si bien esto sugiere futuros descubrimientos sobre la población de agujeros negros inactivos de nuestra galaxia, las observaciones también dejan un misterio por resolver, a pesar de la historia compartida con su vecino exótico, ¿por qué la estrella compañera es tan normal en este sistema binario?»

Referencia. Una estrella similar al Sol orbitando un agujero negro por Karim El-Badri, Hans-Walter Rixey, Eliot Quatert, Andrew Howard, Howard Isaacson, Jim Fuller, Keith Hawkins, Kathleen Breivik, Case W.K. Wong, Antonio Rodríguez. Charlie Conroy, Sahar Shahaf, Tsevi Maze, Frederic Arenu, Kevin B Burge, Dolev Bashi, Simshon Feigler, Daniel R Weisz, Rhys Seeburger, Sylvia Almada Monter y Jennifer Voino, 2 de noviembre de 2022. Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stac3140

Las observaciones de Gemini Norte se realizaron como parte del programa de tiempo discrecional del director (identificación del programa: GN-2022B-DD-202).

El Observatorio Internacional Gemini opera en colaboración con seis países, incluidos los Estados Unidos a través de la Fundación Nacional de Ciencias, Canadá a través del Consejo Nacional de Investigación de Canadá, Chile a través de la Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo y Brasil a través del Ministério da Ciência, Tecnologia. e Inovações, Argentina a través del Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación, y Corea a través del Korea Institute of Astronomy and Space Science. Estos Participantes y la Universidad de Hawái, que tiene acceso regular a Gemini, mantienen cada uno una «Oficina Nacional de Gemini» para apoyar a sus usuarios locales.